電磁散射的計算和測量：電子科學與技術

第1章 電磁散射的基本理論
1.1 Maxwell方程1
1.2 邊界條件3
1.3 位函數(shù)和波方程4
1.4 波方程的基本解5
1.4.1 平面波6
1.4.2 柱面波7
1.4.3 球面波10
1.5 Green函數(shù)11
1.6 StrattonChu方程12
1.6.1 矢量Green定理13
1.6.2 StrattonChu方程13
1.7 互易定理和反應積分方程16
1.8 散射及RCS定義19
1.8.1 散射截面定義19
1.8.2 散射系數(shù)定義24
1.8.3 極化散射矩陣定義25
1.8.4 散射的方向性函數(shù)26
參考文獻28
第2章 電磁散射的嚴格解
2.1 引言29
2.2 球體的散射30
2.2.1 球面波的基本理論30
2.2.2 理想導電球的散射34
2.2.3 介質(zhì)球的散射40
2.2.4 有介質(zhì)涂敷的導體球的散射43
2.2.5 導體球的振蕩47
2.3 二維散射問題53
2.3.1 柱坐標中的一般解53
2.3.2 導體圓柱的散射55
2.3.3 介質(zhì)圓柱的散射59
2.3.4 分層圓柱體的散射61
2.3.5 線源激勵65
2.4 劈的散射66
2.4.1 理想導電劈的繞射66
2.4.2 阻抗劈的繞射71
參考文獻76
第3章 電磁散射的數(shù)值計算
3.1 引言77
3.2 矩量法77
3.2.1 矩量法的步驟77
3.2.2 細導線的散射84
3.2.3 二維散射問題88
3.2.4 三維散射問題104
3.3 有限元法112
3.3.1 有限元的基本步驟112
3.3.2 二維散射問題的有限元求解116
3.3.3 三維散射問題的有限元求解122
3.3.4 邊界元法128
3.4 時域有限差分法128
3.4.1 時域有限差分法介紹129
3.4.2 色散誤差分析137
3.4.3 吸收邊界條件138
3.4.4 遠區(qū)場計算153
3.4.5 小結(jié)156
3.5 快速多極子算法156
3.5.1 快速多極子算法的基本公式158
3.5.2 快速多極子算法的物理意義160
3.5.3 快速多極子算法的編程實現(xiàn)160
3.5.4 快速多層多極子算法163
3.5.5 計算實例164
3.6 有限積分法166
3.6.1 Maxwell柵格方程166
3.6.2 方程的物理與代數(shù)性質(zhì)176
3.6.3 算例180
參考文獻188
第4章 電磁散射的高頻近似計算
4.1 引言192
4.2 幾何光學法196
4.2.1 Snell定律197
4.2.2 Fermat原理198
4.2.3 能量守恒原理199
4.2.4 幾何光學的場201
4.3 幾何繞射理論204
4.3.1 邊緣繞射線和Keller錐205
4.3.2 表面繞射線207
4.3.3 頂尖繞射線207
4.3.4 邊緣繞射系數(shù)和邊緣繞射場208
4.3.5 表面繞射系數(shù)和曲面繞射場215
4.3.6 爬行波220
4.3.7 行波散射221
4.3.8 拐點的繞射場222
4.3.9 散射中心223
4.4 物理光學法224
4.5 物理繞射理論227
4.5.1 物理繞射場和物理繞射系數(shù)227
4.5.2 等效電流法及其對幾何繞射理論的修正231
4.5.3 增量長度繞射系數(shù)及其對物理繞射理論的修正233
4.6 小結(jié)234
參考文獻237
第5章 電磁散射測量的基本概念
5.1 引言243
5.2 遠場條件244
5.2.1 RCS測量的簡單原理244
5.2.2 遠場條件245
5.3 柱面波譜和平面波角譜的概念251
5.3.1 柱面波譜251
5.3.2 平面波角譜252
5.3.3 橫向分量At(k)和天線遠場方向性圖256
5.3.4 全極化平面波譜257
5.4 近場散射和遠場散射之間的關系式258
5.4.1 兩天線間的耦合公式和天線測量的誤差模型258
5.4.2 近場散射和遠場散射之間的關系式272
5.4.3 天線和RCS測量誤差模型的全極化表達式285
5.5 背景雜波的影響288
5.6 相似原理和縮比測量289
參考文獻293
第6章 天線和RCS測試的儀表系統(tǒng)
6.1 概述295
6.2 系統(tǒng)類型296
6.2.1 FMCW系統(tǒng)296
6.2.2 幅相接收機系統(tǒng)302
6.2.3 射頻脈沖系統(tǒng)304
6.2.4 時域脈沖系統(tǒng)308
6.3 系統(tǒng)指標309
6.3.1 系統(tǒng)靈敏度310
6.3.2 系統(tǒng)動態(tài)范圍313
6.3.3 不模糊區(qū)域和數(shù)字分辨率314
6.3.4 測量精度315
6.3.5 脈沖測量319
6.3.6 頻率擴展320
6.3.7 速度和效率327
6.4 接收機設計330
6.5 單站二維成像332
6.5.1 成像基本公式333
6.5.2 一維橫向分辨335
6.5.3 距離多普勒成像算法(RD法)338
6.5.4 卷積反投影法339
6.6 雙站二維成像341
6.6.1 雙站二維成像的幾何關系342
6.6.2 一維距離分辨344
6.6.3 二維距離分辨345
6.6.4 仿真結(jié)果346
6.7 幾何失真的修正352
6.8 三維成像354
6.8.1 單站平面掃描三維成像算法356
6.8.2 單站平面掃描三維成像算法的仿真359
參考文獻360
第7章 緊縮場技術
7.1 引言362
7.2 口徑天線的近場研究364
7.2.1 修正Green函數(shù)和口徑繞射的卷積算法364
7.2.2 均勻分布圓形口徑繞射計算369
7.2.3 均勻分布矩形口徑繞射計算372
7.2.4 邊緣處理技術372
7.3 口徑天線近場繞射的相似性375
7.3.1 嚴格的相似性377
7.3.2 漸近的相似性377
7.4 緊縮場的類型378
7.4.1 單反射面緊縮場379
7.4.2 雙柱面緊縮場385
7.4.3 前饋卡塞格侖緊縮場394
7.4.4 單柱面緊縮場397
7.5 緊縮場應用中的幾個問題406
7.5.1 靜區(qū)振幅和相位不平度406
7.5.2 高頻性能和低頻性能408
7.5.3 交叉極化410
7.5.4 暗室要求和背景電平413
7.5.5 雙站RCS測量415
參考文獻420
第8章 電磁散射的室外靜態(tài)場測量
8.1 引言421
8.2 場地的距離要求422
8.3 場地設計方案423
8.3.1 地平面場（地面反射場）423
8.3.2 自由空間場地427
8.4 室外RCS測試場的背景電平428
8.4.1 場地直接回波428
8.4.2 多路徑效應430
8.4.3 目標支架及其產(chǎn)生的背景431
8.5 近場修正問題434
8.5.1 Melin濾波法434
8.5.2 柱面場修正法437
8.5.3 基于合成孔徑成像的近場修正原理447
8.5.4 三維近場修正466
8.5.5 關于近場/遠場散射變換所需雙站散射信息的討論466
參考文獻472
附錄A 三角形上的奇異積分和數(shù)值積分
附錄B 單/雙站等效定理
附錄C 關于二次輻射傳播函數(shù)積分的計算